浅议家用带选择性保护的小型断路器

摘要： 随着人们的生活水平的进步，高档住宅、豪华别墅应运而生。建筑电气自动化，智能化楼宇进进了人们的生活中，家用配电系统应用要求自动化及供电质量可靠性进步，就有了采用智能和数字控制的带选择性保护的小型断路器的需求。

关键词：带选择性保护小型断路器、建筑电气自动化、智能化楼宇

我国家庭住宅配电保护五六十年代最初大部分是简单的刀闸式开关及熔丝(瓷插式RC1)组合而成。发生短路时，整栋住宅一片漆黑，更换熔丝不方便。六十年代末到七十年代我国相继开发了DZ5、DZ12、DZ15 系列两极塑壳断路器。七十年代末北京开关厂引进德国技术并转让国内厂家生产S060 系列小型断路器，但因各种原因未能大规模推广。八十年代中、后期，天津梅兰日兰公司生产的C45N 和国内很多生产厂家生产的DZ47 系列小型断路器大规模生产，使我国家用过电流保护断路器上升到一个新的台阶。这些产品使家用配电系统成标准化的电表箱、终端箱的广泛应用，广大住宅用户受益非浅。

进进新世纪以来，人们的物质生活得到进一步进步，也相应的有部分人们追求高质量的生活水平，高档住宅及豪华别墅应运而生，配电系统在住宅领域里的应用要求自动化及高可靠性的愿看越来越强烈。他们希看个别系统或个别单元发生短路时不要影响其它系统和单元的用电，也就是说在住宅配电系统中也需要带选择性保护的主开关，用来解决越级跳闸故障的发生，进步系统的稳定性和可靠性。

所谓选择性配合保护，简单说就是在下一级保护电器的保护范围内发生短路，过电流故障时应该由该保护电器动作，上一级保护电器不动作，而当该保护电器拒动时，上一级保护电器才动作，要分范围和有先后次序要求。一般情况下，保护电器安装在被保护线路首端，到配电箱处未端出线再装设保护电器，首真个保护电器就是配电箱末端保护电器的后备保护，也就是说上级断路器就是下一级短路器的后备保护。因此在进行配电设计时要根据项目的不同情况来考虑配电方案，应做到考虑周到，优化简化配电系统的保护装置，进步系统的可靠性。

断路器保护动作的选择性是十分重要的，断路器分为A、B 两类：A 类为非选择型，B类为选择型。在设计中线路保护全部采用断路器，断路器之间的动作是非选择性的，假如不采取措施是很难实现断路器保护选择性的。当发生短路故障时串联安装的断路器上、下级都会动作于跳闸或越级跳闸，此时的越级跳闸可能是下级断路器故障拒动，或者是由于制造上的离散性而产生的，同时也是断路器构造上的缺陷之一。

带选择性保护的应用在低压配电系统中最早使用于万能式断路器，我国的万能式断路器如DW15 系列中带半导体式的断路器就有此功能，新产品DW45、DW450 也具有此功能。近年塑壳式断路器也有部分产品初步具备了选择性保护功能，这些产品的广泛应用使我国的产业配电领域自上而下均可实现选择性保护，大大进步了用电质量的稳定性和可靠性。而在家用住宅配电系统中还没有实现选择性保护，。在这个领域里还是一个空缺，需要我们往开发这样一种产品来填补这一空缺。

近几年来，一些国外企业如ABB、海格等都在进行这方面的研发，也相应的推出了一些产品在他们国内进行应用，作为家庭住宅配电的主开关，其主要理念是夸大开关自身的选择性过电流脱扣方式，而不是单纯的依靠上下级开关之间的配合来达到选择性保护的目的。

现在国内厂家生产的小型断路器都是只带过电流保护或剩余电流保护，远远不能满足建筑电气用电负荷使用进步供电可靠性的保护的需要。

随着中国房地产业、建筑业发展的需要，新建小区和旧城改造，以及居民们对于用电质量需求的进步，每家每户的电表箱或者住宅配电箱内都有安装带选择性保护的小型断路器产品的需求，可以预计带选择性保护的小型断路器的市场需求量及发展远景将是十分巨大的。占有关部分统计：2004 年～2005 年我国小型断路器(MCB)的年产量达2 亿极以上，假如按带选择性保护的小型断路器和非选择性保护的小型断路器的使用比例1：20 计算，也要生产带选择性保护的小型断路器年产量达1000 万极。

到目前为止，电表箱内常用的小型断路器缺乏必要的选择性保护，故一旦线路发生故障将可能会造成整个楼层或者整幢大楼的停电，这也给供电部分的维修和快速恢复用电带来了很大的压力，也给居民生活带来了不便。固然，目前也采用了能量选择的级联配合技术，但也只能在一定程度、一定区域确保选择性，并不能完全地解决选择性的题目。因此供电部分也迫切需要这种带选择性的主开关安装在住宅电表箱内。

下图是住宅小区供电带选择性的主开关安装示意图

图中住宅配电箱的主开关用额定电流大一些的开关1 台(例如：In 40A), 各分支路开关用额定电流小一些的开关5 台(例如：In 10A)分别保护空调、照明、插座等电器，假如，某一分支路开关所保护的电器产生一定的短路电流(例如：Ic 500A)，此时，额定电流40A 主开关的短路特性是10In=10×40A=400A，一般在5-10ms 动作，因此，会产生主开关和有故障的分支路开关一起跳闸，从而造成其它的5 个回路也都断电。

假如住宅配电箱用了带选择性的主开关，在这种情况下，主开关的动作时间为10-300ms，因此，有故障的分支路开关在5-10ms 分断时，带选择性的主开关会短延时不应分断，从而保证其它的5 个回路能正常用电;假如有故障的分支路开关出现不能正常分断时，带选择性的主开关可在10-300ms 动作，保证住宅配电系统的安全。

目前上海电器科学研究所(团体)有限公司正会同法泰电器(江苏)股份有限公司和上海输配电股份有限公司致力于开发带选择性保护的小型断路器新产品，并初步制定了相应的产品标准，计划2 年左右开发出该产品。该产品的工作原理是：

在正常工作情况下，选择性保护断路器的主回路双金属片的工作原理与一般的MCB 一样，作为过载保护用。当某一支路发生短路故障时，主回路的电磁线圈中的铁心立即作用在主回路动触头上使之斥开并产生电弧，迅速有效地限制短路电流，同时，主回路短路电流流向辅助回路，而辅助回路串联一限流电阻和选择性双金属片，使短路电流马上限制到只有几百安培左右。假如当短路电流被负载端故障支路的MCB 切断后，主回路动触头在弹簧的作用下重新闭合，确保主开关后面的其他无故障支路能正常工作。假如短路发生在主开关和MCB之间或后面，而MCB 或其它短路保护装置不能切断故障电路时，则选择性双金属片能在10ms～300ms 时间内开释脱扣机构，使触头断开并保持在断开位置，同时切断故障电路。目前,小型断路器由于经济本钱上的原因，主要是“热-磁式脱扣器”和“油阻尼电磁式脱扣器”二种形式，但随着电子技术的发展和智能控制器本钱的进一步降低，采用智能和数字控制的带选择性保护的小型断路器可以满足智能楼宇住宅及建筑电气自动化发展的需要，可与其它的可通讯的智能化低压电器及现场总线技术组成完整的自动化配电控制网络，使我国的配电技术和设备达到国外的先进水平，促进我国新一代低压电器的研究开发和推广应用， 带选择性保护的家用主开关的出现顺应了智能化楼宇、建筑电气及其自动化的发展需求，进一步进步了住宅配电系统的稳定性，为新一代MCB 的研发打下了坚实的基础。该项目具有广阔的市场远景。